DE2722393A1

DE2722393A1 - Ueberlappender pcm-kodierer/dekodierer mit reaktionszeitkompensation

Info

Publication number: DE2722393A1
Application number: DE19772722393
Authority: DE
Inventors: James Edwin Dalley
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1977-12-01
Also published as: IT1107719B; FR2352447A1; SE417776B; US4034294A; SE7705440L; DE2722393C2; FR2352447B1; JPS52141161A; GB1578060A; CA1098211A; NL7705315A

Description

BLUMBACH . WESER . BERGEN ♦ KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine PCM-Kodierer- und Dekodiereranordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Pulskodemodulations-(PCM-)Anordnungen, welche die vorliegende Erfindung betrifft, wird eine Probe eines Sprachsignals mit einer Bezugswellenform verglichen. Ein zu Beginn eines jeden AbtastIntervalls aktivierter Zähler wird angehalten, wenn die Bezugswellenform der Amplitude des Sprachsignals entspricht. Der festgehaltene Zählstand wird dann digital zu einem entfernt liegenden Anschluß übertragen, wo das ursprüngliche Sprachsignal dadurch rekonstruiert werden kann, daß die Bezugswellenform und der empfangene Rode in einem umgekehrten oder Dekodier-Vorgang verwendet werden.

Ein bekanntes, digitales, fortschrittliches Vermittlungssystem verwendet einen einzigen Draht, um digitalkodierte Sprachsignale und Netzwerksteuersignale während vorbestimmter Zeitlagen-

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München: Kramer ■ Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach ■ Dr. Bergen · Zwirner

Intervalle zu übertragen. Bei einem verbesserten digitalen übertragungssystem ist erkannt, daß die Übertragungsverzögerung und die Signaldämpfung, die beim Senden eines kodierten Sprachsignals zu einer entfernten Anschlußstelle des Fernsprechvermittlungssystems eingeführt worden sind, kompensiert werden können, indem bei dem Dekodiervorgang eine verzögerte Bezugswellenform mit einer anderen Amplitude verwendet wird, als sie beim Kodieren der Sprachprobe verwendet worden ist. Sowohl die Kodier- als auch die Dekodierwellenfonn, die verwendet werden, sind je vorteilhafterweise nichtlinear oder kompandiert, um ein annehmbares Signal/Rauschverhältnis über den gesamten dynamischen Bereich des Signals vorzusehen.

Die Verwendung einer nichtlinearen oder kompandierten Bezugswellenform neigt Jedoch dazu, ein unerwünschtes Maß an nichtlinearer Verzerrung einzuführen. Da die Bezugswellenform an beiden Enden des Spannungsvergleichs am steilsten ist (wie es sein muß, um die Auswirkungen des Quantisierungsrauschens zu kompensieren), führt jegliche endliche Verzögerung beim Arbeiten dieser physikalischen Schaltungskomponenten, die zu diesen Zeiten auftritt, direkt eine nichtlineare Verzerrung ein. Eine solche nichtlineare Verzerrung wird beispielsweise eingeführt durch die endliche und unvermeidliche Verzögerung beim Schließen des Zählers, wenn die Bezugswellenform als mit der Amplitude des Sprachabtastwertes gleich erkannt ist. Gleichermaßen wird eine nichtlineare Verzerrung durch die "Reaktions*

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zeit" der Schaltung eingeführt, die beim Trennen des dekodierenden Kondensators von der Bezugswellenform auftritt, wenn der empfangene Digitalkode erkannt ist.

Es wurde früher angenommen, daß die Vorgänge des digitalen Kodierens und Dekodierens bei einem Fernsprechgerät während bestimmter geeignet zugeordneter Zeitintervalle auftreten. Es wäre jedoch vorteilhaft, dem Fernsprechgerät oder der Leitungsschaltung zu gestatten, bestimmte dieser Operationen auf einer Überlappungsbasis durchzuführen. Beispielsweise wäre es effizient, einer solchen Schaltung zu gestatten, den Kodiervorgang für einen zu übertragenden Abtastwert zur selben Zeit durchzuführen, zu welcher die Schaltung ein Signal über die Verbindungsstrecke empfängt. Während eines anderen ZeitIntervalls wäre es nützlich, dieser selben Anschlußstelle zu erlauben, das von ihr über die Verbindungsstrecke empfangene Signal zur gleichen Zeit zu dekodieren, zu welcher sie das zuvor von ihr kodierte Signal über die Verbindungsstrecke sendet. Um diese Überlappungsvorgänge durchzuführen, muß der Fernsprechanschluß am entfernten Ende der Verbindungsstrecke die komplementären Paare gleichzeitiger Vorgänge ausführen. Es wäre erwünscht, eine Schaltung verfügbar zu machen, die es erlaubt, die erwähnten Überlappungsoperationen durchzuführen, so daß jegliche Schritte, welche auch immer erforderlich sind, um die zuvor erwähnten und unvermeidbaren nichtlinearen Verzerrungswirkungen zu korrigieren, ohne Störung solcher über-

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lappungsoperationen ausgeführt werden könnten. Es wäre erwünscht, daß die Schaltung, welche die zuvor erwähnten Überlappungsoperationen ausführt, sowohl für Kodier- als auch für Dekodiervorgänge verwendet werden kann.

Die Lösung dieses Problems besteht in einer PCM-Kodier- und Dekodieranordnung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei einer beispielsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die den gesendeten und den empfangenen pulskodemodulierten Signalen zugeordneten Felder durch Steuerzeitlagenintervalle getrennt. Während bestimmter dieser Steuerzeitlagenintervalle können Signale gesendet werden, um die Ausdehnung eines Verbindungsstreckenweges zwischen einer anrufenden und einer angerufenen Anschlußstelle der Vermittlungsanlage zu steuern. Während anderer dieser Steuerzeitlagen können den erfindungsgemäßen Prinzipien entsprechend zwei unterschiedliche Arten von Taktimpulssignalen erzeugt werden. Die erste Art Taktimpulssignal wird erzeugt, um eine effiziente Verwirklichung der zuvor erwähnten Überlappungsoperationen zu erlauben, so daß eine gegebene Anschlußstelle während eines der genannten Felder Kodier- und Empfangsoperationen durchführen kann, während die andere entfernte Anschlußstelle Dekodier- und Sendeoperationen ausfuhrt. Während eines

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nachfolgenden Feldes werden die von der nahen und der entfernten Anschlußstelle ausgeführten Operationen vertauscht. Die zweite Art Taktimpulssignal wird erzeugt, um Jegliche Tendenz der kompandierten Rampenabtastwellenformen, nichtlineare Verzerrungen in das Kodieren oder Dekodieren der Sprachprobe einzuführen, zu kompensieren.

Bei der beispielsweisen Ausführungsform wird ein Zähler während jenes Feldes gestartet, welches bei der lokalen Anschlußstelle dem Kodieren eines Sprachabtastwertes zugeordnet ist, der später an die entfernte Anschlußstelle übertragen werden soll. Zur selben Zeit, zu welcher der Zähler gestartet worden ist, wird ein kompandiertes Rampensignal mit der Amplitude des Sprachabtastwertes verglichen und der Zähler wird zu jener Zeit während des Feldes angehalten, zu welcher die Rampen- und die Sprachabtastwertamplitude als gleich bestimmt werden. Ebenfalls während dieses Feldes wird das PCM-Signal von der entfernten Anschlußstelle in einem Schieberegister empfangen. Während eines nachfolgenden Feldes wird der sich im Zähler einstellende Zählstand über die Verbindungsstrecke zur entfernten Fernsprechstelle übertragen.

Zwischen dem Auftreten des Feldes, das dem Kodieren und Empfangen eines PCM-Signals zugeordnet ist, und dem nachfolgenden Auftreten des Feldes, das einer übertragung (und einem Dekodieren des PCM-Signals) zugeordnet ist, wird ein Steuerzeit-

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lagenintervall erzeugt. Während eines ersten Teils des Steuerzeitlagenintervalls wird die erste der zuvor erwähnten Taktimpulsarten erzeugt, um den entstandenen Inhalt des Zäh lers zum Schieberegister zu übertragen, und zwar für eine nachfolgende Übertragung von diesem Schieberegister über die Verbindungsstrecke zur entfernten Fernsprechstelle.

Gleichzeitig wird der Inhalt des Schieberegisters zum Zähler übertragen. Danach und v/ährend eines zv/eiten Teils der Steuerzeitlagenintervalle wird die zweite der zuvor erwähnten Takt impulsarten in den Zähler gegeben, um die digitale "Zahl¹¹, d. h., das PCM-Kodesignal, das über die Verbindungsstrecke von der entfernten Fernsprechstelle empfangen worden ist, um einen vorbestimmten Betrag zu vermehren.

Nach dem Steuerzeitlagenintervall wird der Inhalt des Schieberegisters über die Verbindungsstrecke zur entfernten Fernsprechstelle impulsweise ausgegeben, und der Zähler wird bei seinem vermehrten Zätfstand gestartet. Wenn der Zähler ein Übertragsignal erzeugt, ist die Amplitude von einem Empfangsrampengenerator erreicht worden, der zur selben Zeit gestartet worden ist, zu welcher der Zählstand zur lokalen Fernsprechstelle als der dem empfangenen PCM-Kode entsprechende Amplitudenabtastwert übertragen worden ist. Entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien bei dieser beispielsweisen Ausführungsform, wird der Zähler durch das Eingeben der Vorimpulse während

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des Steuerzeitlagenintervalls gezwungen, den übertrag vorzeitig zu erzeugen und dadurch vorzeitig das Empfangsrampensignal zu beenden. Dadurch wird die Verzögerung der physikalischen Schaltungen dabei, u. a. das Vorhandensein des Übertragsignals zu erkennen und auf dieses reagieren zu können, kompensiert. Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen beispielsweisen Ausführungsform, daß die Steuerzeitlage auch dazu verwendet werden kann, das "Rücklauf-Intervall aufzunehmen, das zwischen den aufeinanderfolgenden kompandierten Rampen auftreten muß, die der übertragung und dem Empfang der PCM-Sig~ nale gewidmet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Fernsprechgerät und eine Zeitmultlplexanschlußschaltung;

Fig. 2 eine Logikschaltungsanordnung enthaltend die austauschbaren Zähler und Schieberegister und die für diese vorgesehene Steuerlogik zur Durchführung der genannten Überlappungsfunktionen;

Fig. 3 die Beziehung der PCM-Kodier/Empfangs- und -Dekodier/ Sende-Felder zu den dazwischenliegenden Steuerzeitlagenintervallen; und

Fig. 4 im einzelnen die beiden Arten Taktsignale, die während bestimmter der Steuerzeitlagenintervalle verwendet werden.

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In Fig. 1 sind ein Fernsprechgerät 101, ein übertrager 102, ein Tiefpaßfilter 108 und eine Zeitmultiplextorschaltung gezeigt. Die Schaltungsanordnung der Fig. 1 wird mit verschiedenen Rampensignalen auf Leitungen 150^f und 160· betrieben. Diese beiden Signale werden von einer auf dieselbe Weise zusammengesetzten Rampe betrieben; zum Senden und Empfangen werden jedoch abwechselnde Felder benutzt. Aus diesem Grund sind die Leitungskennzeichnungen in der vorliegenden Fig. 1 mit einem Strichindex versehen. Die Art der den Leitungen 150¹ und 160' zugeführten Signale ist der Fig. 3 entnehmbar.

Es sei angenommen, daß ein Benutzer des Fernsprechgeräts 101 dessen Hörer bereits von der Gabel abgenommen und unter Verwendung von dessen Drucktastenfeld Rufsignalinformation gesendet hat, so daß eine Sprechverbindung hergestellt worden ist. Die Sprechverbindung würde sich in abgehender Richtung vom Fernsprechgerät 101 über das Tiefpaßfilter 108 und die Zeitmultiplextorschaltung 100 über eine Leitung 115 erstrekken und in der Gegenrichtung von der auf der äußersten rechten Seite der Fig. 2 gezeigten VERBINDUNGSSTRECKE über eine Leitung 113. Die dazwischenliegende Schaltungsanordnung der Fig. 2 zwischen den Leitungen 115 und 113 auf der linken Seite und der VERBINDUNGSSTRECKE auf der rechten Seite ist nachfolgend ausführlich beschrieben. Es kann angenommen werden, daß auf der rechten Seite der VERBINDUNGSSTRECKE ein "Spiegelbild" der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltungsanord-

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nung vorhanden ist, wodurch die (nicht gezeigte) entfernte Fernsprechstelle erreicht wird. Von der mit der entfernten Fernsprechstelle verbundenen Schaltung wird das gleiche kompandierte Rampensignal verwendet. Jedoch wäre die Leitung 150« im Feld 1 und die Leitung 160· im Feld 2 (siehe Fig. 3) aktiv. Die Ausdrücke örtliche oder nahe Fernsprechstelle und abgelegene oder entfernte Fernsprechstelle werden benutzt, um bei der Vorstellung der Arbeitsweise der Anlage zu helfen. In Wirklichkeit können sich die Leitungsschaltungen und die zugehörige Gerätschaft für beide Fernsprechanschlüsse in dichter Nachbarschaft befinden, und jedes Fernsprechgerät kann in einem beträchtlichen Abstand von dem (nicht gezeigten) Zentralgerät eschrank, in dem die Leitungsschaltung untergebracht ist, angeordnet sein.

Die Schaltungsanordnung der Fig. 2 arbeitet während eines Zeitintervalls (Feld 2, Fig. 3) solchermaßen, daß zur selben Zeit, zu welcher eine abgehende analoge Sprachprobe, die am Kondensator 107 (Fig. 1) vom Fernsprechteilnehmer am Fernsprechgerät 101 erzeugt wird, in Zählern 206 und 207 kodiert wird, ein auf der VERBINDUNGSSTRECKE erscheinendes ankommendes PCM-Kodesignal von der (nicht gezeigten) entfernten Station in einem Schieberegister 220 empfangen werden kann. Die Schaltungsanordnung der Fig. 2 funktioniert während eines nachfolgenden Intervalls (Feld 1, Fig. 3) so, daß sie den

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Zugang des empfangenen, in Analogform zu dekodierenden PCM-Signals zum Fernsprechgerät 101 zur selben Zeit erlaubt,

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zu welcher /lie vorher kodierte Sprachprobe zur Übertragung an die entfernte Fernsprechstelle auf die VERBINDUNGSSTRECKE gibt. Zwischen den Intervallen "Feld 1" und "Feld 2ⁿsind Steuerzeitlagenintervalle vorgesehen. Die Aufeinanderfolge von Steuerzeitlagenintervallen und digitalen Übertragung/ Empfang-Feldern sind bei Wellenform RD in Fig. 3 gezeigt. Wellenformen RD und DIR der Fig. 3 und Wellenform SHLD der Fig. 4 können durch eine (nicht gezeigte) herkömmliche Digitalschal tungsanordnung erzeugt werden. Die Wellenform RAMPE der Fig. 3 wird von einem (nicht gezeigten) herkömmlichen Sägezahngenerator für ein Signal mit kompandierter Rampe erzeugt. Ein einziger Rampengenerator dient für alle Fernsprechstellen in dieser Anlage. Gleichermaßen sind Schaltungsanordnungen zur Erzeugung der Muster von Taktimpulsen CLK und P88 der Fig. 4 ebenfalls bekannt und werden hier nicht ausführlich behandelt.

Es wird nun wieder Fig. 1 betrachtet. Ein torgesteuerter Signalschalter 300-3 wird durch das Anlegen eines niedrigen, d. h., L-Signals (SESA, Fig. 3) an Leitung 130 eingeschaltet. Die ⁿSendeabtast"-Wellenform SESA schaltet den Schalter 300-3 während "Feld 1" der Wellenform RD ein. Wenn der Schalter 300-3 eingeschaltet ist, führt er einem Kondensator 109 eine Span-

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nung zu, die jener äquivalent ist, welche dem letzten Parallelkondensator 107 durch Sprachsignale vom Fernsprechgerät 101 zugeführt worden ist. Diese Spannung bleibt durch das Steuerintervall 2, "Feld 2" und Steuerintervall 3 hindurch am Kondensator 109 erhalten.

Vor dem Einsetzen des "Feldes 2" wird das Signal auf Leitung RD (Fig. 2) auf den PR-Eingang eines D-Flipflops 201 gegeben, um dessen Q-Ausgang auf den Zustand des hohen Signals, d. h., den Η-Zustand, einzustellen. Dies gibt den oberen Eingang eines UND-Gatters 202 frei. Während des Steuerzeitlagenintervalls 2 tritt auf Leitung 150· (Fig. 1) das RAMPE-Rücklaufsignal (Fig. 3) auf, was bewirkt, daß ein Komparator 112 ein Η-Signal auf Leitung 115 gibt. Das Η-Signal auf Leitung 115 wird auf den D-Eingang des Flipflops 201 (Fig. 2) geführt.

Bei Beginn des "Feldes 2" (siehe Wellenform RD, Fig.3) wird die Spannung am Kondensator 109, die dem oberen Eingang des Komparators 112 (Fig. 1) zugeführt wird, mit der dessen unterem Eingang zugeführten Rampenwellenform 150· verglichen. Das Rampensignal beginnt bei seinem positivsten Wert zu Beginn Jedes Feldes. Jedes Feld in Fig. 3 hat eine Dauer von beiqielsweise 25 jxs. Der positivste Signalwert, der im Kondensator 109 gespeichert ist, ist zwangsläufig kleiner als das maximale Rampensignal. Gleichzeitig wird der untere Eingang des UND-Gatters 202 (Fig. 2) (in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise) durch das Ausgangssignal eines NOR-Gatters 208

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freigegeben. Taktimpulse, die beispielsweise eine Folgefrequenz von 10, 24 MHz haben, werden dem Anschluß cL"K des Inverters 203 zugeführt und gelangen durch den mittleren Eingang des freigegebenen UND-Gatters 202 und durch das NOR-Gatter 2OA zu den CLK-Eingängen des Flipflops 201 und der Zähler 206 und 207. Die Zähler 206 und 207 reagieren auf die Taktimpulse vom Beginn des "Feldes 2" bis zum Eintreffen des nächsten cLk-Impulses, der auftritt, nachdem der Komparator 112 ein L-Signal (Signal mit niedrigem Wert) auf Leitung 115 gibt, das zur Rampe 150¹ gehört und der Spannung am Kondensator 109 gleich ist.

Das D-Flipflop 201 ist so vorgesehen, daß der Komparator 112 das Aufhören des Taktimpulszählens durch die Zähler 206 und 207 nur bewirken kann, wenn das den Eingängen dieser Zähler zugeführte Signal im L-Zustand ist. Dies vermeidet die Ungewißheit, die auftreten könnte, wenn der Komparator 112 das UND-Gatter 202 mitten im Taktimpuls sperren könnte. Wenn dem D-Eingang des Flipflops 201 das L-Signal zugeführt wird, erscheint an dessen Q-Ausgang ein L-Signal, wodurch das UND-Gatter 202 für das übertragen irgendwelcher weiteren Taktimpulse an die Zähler 206 und 207 gesperrt wird. Das Flipflop 201 kann nun nicht weiter auf Änderungen auf Leitung 115 reagieren, bis das Signal auf Leitung RD am Ende des "Feldes 2" auf L geht. Bei den Zählern 206 und 207 handelt es sich vorteilhafterweise je um 4-Bit-Zähler, die so verbunden sind, daß

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sie als ein 8-Bit-Zähler wirken, solange sich die ihren oberen Eingängen zugeführte Wellenform SHLD (Fig. 4) im L-Signalzustand befindet. Wenn sich die Wellenform SHLD während eines Teils eines (nachfolgend zu beschreibenden) Steuerzeitlagenintervalls im H-Signalzustand befindet, werden die Zähler 206 und 207 zu einem "langen" Schieberegister.

Zur selben Zeit, zu welcher das NOR-Gatter 208 ein Signal auf Leitung RE zuführt, um das UND-Gatter 202 dafür freizugeben, Taktimpulse für den KodierungsVorgang zu den Zählern 206 und 207 durchzulassen, gibt das NOR-Gatter 208 außerdem ein NAND-Gatter 210 frei, um Signale zu empfangen, die dem VERBINDUNGSSTRECKE-Anschlß von der (nicht gezeigten) entfernten Fernsprechstelle gelMert werden. Da sich die Wellenform SHLD auf L befindet, ausgenommen während eines Teils eines Steuerzeitlagenintervalls, wird der Ausgang eines NAND-Gatters 211 auf H gehalten, wodurch ein NAND-Gatter 212 freigegeben wird, um ankommende VERBINDUNGSSTRECKE-Signale, die das NAND-Gatter 210 passieren, auf den S-Eingangsanschluß des Schieberegisters 220 zu geben.

Während "Feld 2" liefert die Wellenform P88 (Fig. 4) acht Eingangsimpulse mit einer Folgefrequenz von 320 kHz an den TAKT-Eingang des Schieberegisters 220. Die negativ gerichteten übergänge geben der Reihe nach acht Bits kodierter PCM-Daten von der VERBINDUNGSSTRECKE in das Schieberegister 220. Jegliche

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Signale, die während des Eingabevorgangs am Q8-Ausgang des Registers 220 erscheinen, werden an einem NAND-Gatter 213 und dem DA-Eingang des Zählers 206 blockiert. Das NAND-Gatter 213 ist durch das L-Signal am Ausgang des NOR-Gatters 215 gesperrt und der Zähler 216 ist daran gehindert, auf irgendwelche an seinem DA-Eingang auftretenden Signale zu reagieren, solange Wellenform SHLD (Fig. 4) auf L ist.

Steuerung der Leitungen SE und RE (Fig. 2)

Zuvor wurde erwähnt, daß das NOR-Gatter 208 die Leitung RE-den unteren Eingang des UlO-Gatters 202 und den unteren Eingang des NAND-GatteB 210 während des Auftretens des "Feldes 2ⁿ der Wellenform RD (Fig. 3) im H-Signalzustand hält. Das Signal, das der Leitung RD auf der linken Seite der Fig. 2 zugeführt wird, folgt der entsprechenden Wellenform der Fig. 3. Demgemäß erhält d?r obere Eingang des NAND-Gatters 216 während "Feld 2" ein Η-Signal, welches das Gatter freigibt, so daß dieses auf den Hörergabelzustand des Fernsprechgerätes 101 reagieren kann, der einem Anschluß SWHK durch eine herkömmliche Schaltungsanordnung 103 zum Feststellen des Hörergabelzustands zugeführt wird. Wenn der Hörer des Fernsprechgerätes 101 abgenommen ist, liegen beide Eingänge des NAND-Gatters 216 während der aktiven Felder auf Η-Wert, und das Ausgangssignal des Gatters 216 gibt die NOR-Gatter 215 und 208 frei.

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Wellenform DIR (Fig. 3) wird dem entsprechenden Eingangsanschluß auf der linken Seite der Fig. 2 zugeführt und bewirkt über einen hier nicht notwendigerweise zu beschreibenden Zwischenweg eine Steuerung des Zustands des CLK-Eingangs des Flipflops 218 und des NOR-Gatters 208. Der invertierte Wert des DIR-Signals wird den unteren Eingängen des NOR-Gatters und des NAND-Gatters 221 zugeführt. Aufgrund der Funktion des Inverters 222 werden die NOR-Gatter 215 und 208 freigegeben und folgen der Hörergabelzustandsinformation am Ausgang des NAND-Gatters 216 zu verschiedenen Zeiten. Unter der Annahme, daß sich das Fernsprechgerät 101 im Hörer-abgenommen- und Sprechzustand befindet, befinden sich die unteren Eingänge des NOR-Gatters 215 und des NAND-Gatters 221 beide während "Feld 1" im L-Zustand, wodurch auf Leitung SE am Ausgang des Gatters 215 ein Η-Signal erzeugt wird. Wenn das Fernsprechgerät 101 zum Hörer-aufgelegt-Zustand zurückkehrt, wird Leitung SE am Ausgang des Gatters 215 im L-Signalzustand gehalten. Gleichermaßen nimmt Leitung RE am Ausgang des Gatters 208 während "Feld 2" den H-Signalzustand solange an, wie sich das Fernsprechgerät 101 im Sprechzustand bei abgenommenem Hörer befindet.

Erster serieller Datenaustausch

Der erste serielle Datenaustausch tritt während des dem Ende von "Feld 2" folgenden Steuerintervalls 3 auf. Zu dieser Zeit

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geben die Ausgänge der NOR-Gatter 215 und 208 L-Signale auf die Leitungen SE bzw. RE. Die L-Signale auf den Leitungen SE und RE hindern die Gatter 210 und 213 daran, von oder zur VERBINDUNGSSTRECKE zu empfangen oder zu senden. Während eines Teils des Steuerzeitlagenintervalls 3 geht die Wellenform SHLD jedoch in den H-Signalzustand und gibt das NAND-Gatter 211 frei, auf das QD-Ausgangssignal des Zählers 207 zu reagieren und dieses Ausgangssignal über das NAND-Gatter 212 auf den S-Eingang des Schieberegisters 220 zu geben. Der Q8-Ausgang des Schieberegisters 220 ist mit dem DA-Eingang des Zählers 206 verbunden.

Wenn sich die Wellenform SHLD im H-Signalzustand befindet, wird ein L-Eingangssignal an die oberen Eingänge der Zähler 206 und 207 angelegt, was bewirkt, daß diese Zähler als ein 8-Bit- oder ⁿLang"-Schieberegister arbeiten. Es sei bemerkt, daß der QA-Ausgang des Zählers 206 mit dessen DB-Eingang verbunden ist, daß dessen QB-Ausgang an dessen DC-Eingang angeschlossen ist und daß dessen QC-Ausgang mit dessen DD-Eingang verbunden ist. Der QD-Ausgang des Zählers 206 ist mit dem DA-Eingang des Zählers 207 verbunden und die Ausgänge QA, QB und QC des Zählers 207 sind an dessen Eingänge DB, DC bzw. DD angeschlossen.

Die Inhalte des Schieberegisters 220 werden seriell von dessen Q8-Ausgang in den DA-Eingang des Zählers 206 übertragen, und

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zwar aufgrund der P88-Wellenformimpulse, die dem TAKT-Eingangsanschluß des Registers 220 während des Steuerzeitlagenintervalls zugeführt werden, wie es ausführlich in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 4 entnimmt man außerdem, daß Wellenform CLK zu diesem Zeitpunkt acht negativ gerichtete Übergänge liefert, die den negativ gerichteten übergängen der Wellenform P88 entsprechen. Diese negativ gerichteten Übergänge werden über das UND-Gatter 226 und das NOR-Gatter 204 den CLK-Eingangsanschlüssen der Zähler 206 und 207 zugeführt. Das UND-Gatter 226 wird freigegeben, um diese übergänge vom NAND-Gatter 225 durchzulassen, dessen Ausgang während des Steuerinter— valls 3 durch das L-Signal der RASA-Wellenform auf Leitung 113 im Η-Signalzustand gehalten wird.

Wenn jedes Bit der kodierten Daten vom Register 220 an den Eingangsanschluß DA des Zählers 206 gegeben ist, wird es durch die Taktimpulse zu einer nachfolgenden der acht Stufen der Zähler 206 und 207 (die als ein ⁿLang^M-Schieberegister arbeiten) verschoben. Zur selben Zeit, zu welcher der Inhalt des Schieberegisters 220 in den Zähler 206 und 207 eintritt, gelangt natürlich der Zählstand, der darin während des Kodiervorgangs, der während des vorausgehenden "Feldes 2" stattgefunden hat, entstanden ist, durch die NAND-Gatter 211 und 212 in das Schiebereister 220. Demgemäß sind die über die VERBINDUNGSSTRECKE empfangenen Daten, die sich im Schieberegister 220 vor dem Einsetzen des Steuerintervalls 3 befanden,

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in die Zähler 206 und 207 gelangt, und die kodierten Daten, die sich in den Zählern 206 und 207 befanden, sind in das Schieberegister 220 gelangt. Dies passierte während des ersten Teils des SteuerIntervalls 3. Während des zweiten Teils des Steuerintervalls 3 (siehe Fig. 4) kehrt Wellenform SHLD zu ihrem L-Signalzustand zurück. Eine vorbestimmte Anzahl von Vorimpulsen P-P, die in Wellenform CLK im Anschluß an die acht negativ gerichteten Übergänge auftreten, bewirken nun eine Vermehrung der Inhalte der Zähler 206 und 207. Diese Vermehrung ist möglich, da die Wellenform SHLD während des zweiten Teils des Steuerzeitlagenintervalls 3 zu ihrem L-Signalzustand zurückkehrt, was die Zähler 206 und 207 von einem "Lang¹¹-Schieberegister zu einem Zähler zurückverwandelt. Die den CLK-Eingängen der Zähler 206 und 207 zugeführten Vorimpulse P-P vergrößern den PCM-Kode, der über das Schieberegister 220 von der VERBINDUNGSSTRECKE empfangen worden ist, um einen vorbestimmten Betrag. Die Bedeutung dieser vorbestimmten Vergrößerung erscheint nachfolgend.

Dekodieren und Senden

Es wurde zuvor erwähnt, daß die auf Leitung 113 erscheinende Wellenform RASA beim Einsetzen des Steuerintervalls 3 auf L ging. Dies erlaubt es dem torgesteuerten Signalschalter 300-1 (Fig. 1), dem Rücklauf der RAMPEN-Wellenform auf Leitung 160' zu folgen. Dem Steuerintervall 3 folgt ein weiteres

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"Feld 1". Beim Einsetzen dieses"Feldes 1" wird das Empfangs-RAMPEN-Signal 16O' an den torgesteuerten Signalschalter 300-1 angelegt, und die RAl-IPE bleibt solange angelegt, wie die RASA-Wellenform auf Leitung 113 in Verbindung mit dem Dekodiervorgang L bleibt. Wie nachfolgend erläutert ist, hört der Dekodiervorgang auf, wenn der Zähler 207 ein Übertragsignal erzeugt.

Beim Einsetzen dieses "Feldes 1" (das auf das Steuerzeitlagenintervall 3 folgt), kehrt Wellenform RD in ihren H-Signalzustand zurück, und das NAND-Gatter 216 gibt wieder ein L-Signal auf den oberen Eingang des NOR-Gatters 215. Am unteren Eingang des Gatters 215 liegt zu dieser Zeit ebenfalls ein L-Signal an, und folglich liefert Gatter 215 ein Η-Signal auf die Leitung SE. Das Η-Signal auf Leitung SE gibt das Gatter 213 frei, wodurch der Q8-Ausgang des Schieberegisters 220 mit der VERBINDUNGSSTRECKE verbunden wird.

Zur selben Zeit gibt das L-Signal der RASA-Wellenform (über NAND-Gatter 225) das UND-Gatter 226 frei, um Taktimpulse an die CLK-Anschlüsse der Zähler 206 und 207 anzulegen. Wie man sich erinnert, enthalten diese Zähler den über die VERBINDUNGSSTRECKE (über Schieberegister 220) empfangenen PCM-Kode, und zwar durch die Vorimpulse P-P während des Steuerzeitlagenintervalls 3 vergrößert. Der in den Zählern enthaltene PCM-

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Kode ist in Wirklichkeit das Komplement des ursprünglichen PCM-Kodewortes. Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Die den Zählern 206 und 207 während "Feld 1^W zugeführten Taktimpulse vermehren nun weiterhin den Zählstand, bis Zähler 207 an seinem CA-Ausgang ein Übertragsignal erzeugt. Vorteilhafterweise kann der übertrag beim Zählstand 255 erzeugt werden.

Das Übertragausgangssignal vom Zähler 207 und das vom Gatter 215 auf Leitung SE gegebene Η-Signal geben das NAND-Gatter 228 frei. Wenn der den CLK-Eingängen der Zähler 206 und 207 zugeführte Taktimpuls auf L geht, um die Zähler zu treiben, geht der dem oberen Eingang des Gatters 228 zugeführte Taktimpuls auf H, was bewirkt, daß der Ausgang des Gatters 228 auf L geht. Dieses L-Signal stellt das Flipflop 218 zurück. Wenn das Flipflop 218 zurückgestellt ist, bewirkt dessen (5-Ausgangssignal, daß die RASA-Wellenform auf Leitung 113 zum H-Signalzustand zurückkehrt. Wenn das Übertragausgangssignal erzeugt ist und der torgesteuerte Signalschalter 300-1 die RAMPEN-WeIlenfοrm sperrt, hat der Kondensator 110 eine Spannungsamplitude erreicht, die dem PCM-Kode entspricht, der über die VERBINDUNGSSTRECKE empfangen worden ist. Wenn Wellenform RASA durch das Flipflop 218 zu ihrem H-Signalzustand zurückgekehrt ist, blockiert das Gatter 225 das UND-Gatter 226 und verhindert, daß irgendwelche weiteren Taktimpulse die Zähler 206 und 207 erreichen.

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Es wird wieder Fig. 4 betrachtet. Man erkennt, daß Wellenform P88 während des dem Steuerzeitlagenintervall 3 folgenden "Feldes 1" eine ausreichende Anzahl von Impulsen, vorteilhafterweise mit einer Folgefrequenz von 320 kHz, liefert, um den Inhalt des Registers 220 seriell durch das freigegebene Gatter 213 zur VERBINDUNGSSTRECKE zu schieben. Das Gatter 213 invertiert jedoch jedes Datenbit, wenn es zur VERBINDUNGSSTRECKE hindurchgeht, und der "Wert" der auf diese Weise zur (nicht gezeigten) entfernten Fernsprechstelle übertragenen Daten ist das Komplement des Schieberegisterinhalts. Derselbe Vorgang geschieht natürlich in Verbindung mit der Übertragung von Signalen von der (nicht gezeigten) entfernten Fernsprechanschlußstelle in das Schieberegister 220, wenn dieses Schieberegister verwendet worden ist, um über die VERBINDUNGSSTRECKE ankommende Signale zu empfangen. Die Übertragung in Komplementform gebrachter Bit-Werte erlaubt es, das Dekodieren des empfangenen PCM-Kodes in Zählern 206 und 207 auszuführen, indem einfach der Kode vermehrt wird, als wenn er ein Zählstand wäre, bis ein übertrag erzeugt worden ist. Dies ist auch der Grund dafür, daß die Vorimpulse verwendet werden können, um die "Reaktionszeit" der Schaltung durch Vermehren des empfangenen Kodes zu kompensieren, so daß dieser das Übertragsignal eher erzeugt.

Während die 8-Bit-Inhalte des Schieberegisters 220 durch die

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P88-Impulse aufgeschoben werden, lädt das NAND-Gatter 212 das Schieberegister mit acht Nullen.

Zusätzlich zu den vorausgehenden Vorgängen geht Wellenform SUSI (Fig. 3) beim Einsatz des "Feldes 1" auf L, da das Gatter 223 das von Gatter 215 auf die Leitung SE gegebene H-Signal invertiert. Das an Leitung 130 angelegte L-Signal der SESA-Wellenform gibt den torgesteuerten Signalschalter 300-3 (Fig. 1) frei, um einen neuen Spannungsabtastwert vom Kondensator 107 zum Kondensator 109 zu übertragen, und zwar in der gleichen Weise, wie sie vorausgehend für das Auftreten des ersten "Feldes 1" beschrieben worden ist.

Zweiter serieller Datenaustausch

Während des vierten SteuerIntervalls, d. h., eines Steuerintervalls, das dem Ende des "Feldes 1" folgt (das eben als Jenes beschrieben worden ist, welches dem Ende des Steuerzeitlagenintervalls 3 folgt), wird ein zweiter Datenaustausch durchgeführt. Der zweite Datenaustausch wird in ähnlicher Weise wie der zuvor beschriebene erste Datenaustausch durchgeführt, natürlich mit der Ausnahme, daß die Daten verschieden sind. Das Schieberegister wird beim Einsetzen dieses vierten Steuerzeitlagenintervalls mit acht Nullen geladen, und die Zähler 206 und 207 enthalten den Zählstand 255. Wenn die P88-Impulse dem Register 220 zugeführt werden und Wellenform

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SHLD auf H ist, erzeugen die dem Zähler 206 und 207 zugeführten Taktimpulse den seriellen Datenaustausch. Die Zähler 206 und 207 empfangen acht Nullen und werden somit auf einen Zählstand Null zurückgestellt. Das Schieberegister 220 erhält die Zahl 255. Die Zähler 206 und 207 sind somit für das Eintreffen des nächsten "Feldes 2" eingestellt, zu welchem Punkt sie mit dem Kodieren eines neuen Sprachabtastwertes unter Steuerung des Komparators 112 beginnen können. Die in das Schieberegister 220 eingegebene Zahl 255 wird (während dieses nächsten "Feldes 2") von dessen Q8-Ausgang ausgelesen, wenn ein Datum (hier als Einzahl von Daten verwendet) über die VERBINDUNGSSTRECKE empfangen worden ist. Wie jedoch zuvor erwähnt worden ist, ist der Q8-Ausgang zu dieser Zeit unwirksam, um die Operation des Restes der Schaltung zu beeinflussen.

Es sei bemerkt, daß Wellenform CLK (Fig. 4) während dieses vierten Steuerzeitlagenintervalls ebenfalls die Vorimpulse P-P enthalten kann. Diese Vorimpulse können die Zähler 206 und 207 nicht erreichen, da das Gatter 225 die Übertragung der Taktimpulse an diese Zähler blockiert, nachdem Wellenform SHLD auf L geht, ausgenommen, wenn Wellenform RASA in ihrem L-Zustand vorliegt (wie es während des Steuerzeitlagenintervalls 3 war). Demgemäß bleiben die Zähler 206 und 207 am Ende dieses vierten Steuerzeitlagenintervalls auf den Zählstand Null zurückgesetzt.

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Um einen Rückblick auf die zuvor beschriebenen Vorgänge zu erleichtern, wird eine Zusammenstellung darüber in der folgenden Tabelle gegeben. Diese Tabelle ist jedoch nur eine abgekürzte Darstellung dessen, was zuvor gesagt worden ist, kann Jedoch für Lehrzwecke nützlich sein.

TABELLE

Wellenform RD

Operationen

Steuerung 1
Feld 1
Steuerung 2
Feld 2
Steuerung 3
Feld 1
Steuerung 4

SESA auf L: Sende Abtastwert .und halte.
Komparator 112 steuert Zähler 206,207
(Kodieren).
Schieberegister 220 empfängt Kode von
VERBINDUNGSSTRECKE (Empfang).
SHLD auf H: 206, 207 sind "Lang"-Schiebe
register.
Schieberegister 220 und 206, 207 führen
ersten Datenaustausch aus.
SHLD auf L: Vorimpulse P-P vermehren
Kode in 206, 207.
P88 sendet Inhalt des Schieberegisters
220 zu VERBnTOUNGSSTRECKE (Senden).
PSsT geht auf H, wenn 207 übertrag er
zeugt (Dekodieren).
Rückstellung 206, 207 von acht ^B0-en^w
im Schieberegister 220 (zweiter Daten
austausch.
REST geht auf L: Tiefpaßfilter 108 durch
300-2 impulsgetrieben von 110.

In den Fig. 3 und 4 ist die Beziehung zwischen den Wellenformen

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anhand von vier Steuerzeitlagenintervallen gezeigt und zuvor beschrieben worden. Man beachte jedoch, daß ein "Rohmen", der eine Anzahl von Sende- und Empfangsfeldern enthalt, die mit Steuerzeitlagenintervallen durchsetzt sind, mehr als vier solche Steuerzeitlagenintervalle enthalten kann, und daß die Darstellung spezifischer Steuerfunktionen während sol cher Intervalle nicht die Möglichkeit ausschließt, während derselben oder anderer dieser Steuerzeitlagenintervalle Steuerfunktionen hinzuzufügen oder einige oder alle dieser Steuerfunktionen zu wiederholen.

709848/1071 Hi/ku

rs e i

L e e'r s e i t e

Claims

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patemconsult 8 München 60 RadeckestraOe 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212 313 Postadresse Wiesbaden: Patantconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Western Electric Company, Incorporated

New York, N.Y., USA Dalley 7

überlappender PCM-Kodi. er er/Dekodierer mit Reaktionszeitkompensation

Patentansprüche

PCM-Kodierer- und -Dekodiereranordnung, in der Analogsignale von einer Eingangsspeichervorrichtung zu einer Ausgangsspeichervorrichtung übertragen werden, wobei die Kodiereranordnung umfaßt: einen ersten Signalgenerator zum Erzeugen eines ersten Rampensignals; und einen Komparator zum Vergleichen des Eingangsanalogsignals in einer Eingangsspeichervorrichtung mit dem ersten Rampensignal; und wobei die Dekodiereranordnung einen zweiten Signalgenerator zur Erzeugung eines zweiten Rampensignals aufweist; gekennzeichnet durch eine weitere Anordnung

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München: Kramer · Dr.Weser· Hirsch — Wiesbaden: Blumbach ■ Dr. Bergen · Zwirner

... ORIGINAL INSPECTED

27223?!

mit einem Zähler zum Erzeugen eines binären Kodemusters, das repräsentativ ist für die Zeit, die vergeht, bis das erste Rampensignal gleich dem Eingangsanalogsignal ist, und zur zeitlichen Steuerung des Anlegens des zweiten Signalgenerators an die Speichervorrichtung; mit einem Register zum Empfangen binärkodierter Muster; und mit einer Gatteranordnung zur Übertragung des binären Kodemusters vom Zähler zum Schieberegister zum Senden und zur übertragung eines im Schieberegister von einem entfernten Kodierer empfangenen binären Kodemusters an den Zähler, und zur künstlichen Vermehrung des durch das empfangene Kodemuster angezeigten Zählstandes.
2. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schaltungsanordnung vorhanden ist zum Erzeugen einer Folge aufeinanderfolgender Feldintervalle und kurzdauernder Steuerintervalle, die sich zwischen aufeinanderfolgenden Feldintervallen befinden;

daß das Register während eines ersten der Feldintervalle das binäre Kodemuster vom entfernten Kodierer empfängt; daß die Gatterschaltungsanordnung während eines Teils eines nachfolgenden Steuerintervalls das empfangene binärkodierte Küster vom Register an den Zähler und den im Zähl er erzeug ten Zählstand an das Register überträgt; daß die Gatterschaltungsanordnung während eines anderen

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Teils dieses Steuerintervalls den Inhalt des Zählers um einen vorbestimmten Zählstand erhöht; und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die während eines nachfolgenden Feldintervalls das Zeitintervall mißt, das erforderlich ist, um den Zähler dazu zu bringen, einen vorbestimmten Zählstand zu erreichen.
3. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterschaltungsanordnung die übertragung des Binärmusters im Register an den Zähler während eines ersten Zeitintervalls durchführt; daß die Gatterschaltungsanordnung während eines zweiten Zeitintervalls die Vermehrung des Zählstandes um einen vorbestimmten Betrag bewirkt;

und daß die Gatterschaltungsanordnung die Taktimpulse zum Zähler durchschaltet, bis der vorbestimmte Zählstand erreicht ist, wobei der vorbestimmte Zählstand einem vorbestimmten Zeitintervall entspricht.
4. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet , daß die Gatterschaltungsanordnung einen Austausch der Inhalte des Registers mit den Inhalten, die im Zähler vor der Vermehrung des Zählstands um den vorbestimmten Betrag entstanden sind, bewirkt.

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5. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gatterschaltungsanordnung während des zweiten Steuerintervalls wiederum die Inhalte von Register und Zähler austauscht, um den Zähler zurückzusetzen, nachdem das binärkodierte Muster gesendet worden ist.
6. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählstand des Zählers vermehrt wird zur Kompensation der Reaktionszeit beim Feststellen des Momentes innerhalb eines Zählintervalls, bei welchem ein Rampensignal und ein Analogsignal sich entsprechen, und beim Feststellen des Zeitintervalls

beim übertragen des binärkodierten Musters durch Impulse.
7. Kodierer- und Dekodiereranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gatteranordnung bei einem ersten Feldintervall bewirkt, daß der Kodierer das in der ersten Speichervorrichtung empfangene Analogsignal in ein binärkodiertes Muster kodiert, und bewirkt, daß das Register von einem entfernten Kodierer ein binärkodiertes Muster empfängt;

daß die Gatteranordnung bei einem Steuerintervall den Austausch des Zählerinhalts mit dem Registerinhalt bewirkt; und daß die Gatteranordnung bei einem zweiten Feldintervall die übertragung des Registerinhalts an einen entfernten Dekodierer bewirkt. 709848/1071